高光譜成像儀也稱(chēng)成像光譜儀，實(shí)質(zhì)上是將二維影像和地物光譜測(cè)量結(jié)合起來(lái)的圖譜合一的遙感技術(shù)，其光譜分辨率高達(dá)納米數(shù)量級(jí)。本文對(duì)高光譜成像儀成像方式的類(lèi)型做了簡(jiǎn)要的介紹，對(duì)此感興趣的朋友可以了解一下！

高光譜成像儀的光學(xué)系統(tǒng)一般由成像光學(xué)和光譜分光兩部分組成，前者完成對(duì)目標(biāo)的空間幾何成像，后者完成光譜維掃描或光譜波段分割，實(shí)現(xiàn)光譜的細(xì)分。例如，一個(gè)MXN二維傳感器安裝在高光譜成像儀的色散維度焦平面上，其中一維M元探測(cè)器對(duì)應(yīng)于成像系統(tǒng)的空間狹縫，形成空間維M個(gè)像點(diǎn)的成像，另一維N元探測(cè)器就形成了N個(gè)光譜波段的探測(cè)，合起來(lái)就是一個(gè)M個(gè)成像像素、N個(gè)波段的成像光譜儀。

相比于其他類(lèi)型的光電系統(tǒng)，高光譜成像儀的最大特色在于它的光譜分光系統(tǒng)，各種類(lèi)型的成像光譜儀也因分光方式的不同而特點(diǎn)各異。下文對(duì)高光譜成像儀較為常用的幾類(lèi)分光方式進(jìn)行了介紹。

光柵分光

光柵分光是利用了光學(xué)衍射的基本原理。最基本的透射型衍射光柵由大量相等大小、相等間隔的小狹縫組成，單個(gè)狹縫引起一個(gè)衍射條紋，并且從各個(gè)狹縫來(lái)的波還發(fā)生干涉。因而，在透鏡的焦面上形成一種組合的干涉-衍射條紋，條紋極大位置與波長(zhǎng)有關(guān)，從而獲得我們所需要的色散譜線。一般的光柵光信號(hào)的最大能量在不色散“零級(jí)”的位置上，為了獲得特定位置的光譜分布，通過(guò)平面閃耀光柵實(shí)現(xiàn)。光柵作為高光譜成像儀的分光組件，其最大的優(yōu)點(diǎn)是光譜色散呈線性，最大衍射能量的波長(zhǎng)位置可以通過(guò)改變閃耀光柵的閃耀角進(jìn)行調(diào)整，在全光譜波段均可使用，結(jié)構(gòu)相對(duì)也比較簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是高階光譜的存在不僅分散了一部分能量，還會(huì)對(duì)工作的光譜形成干擾。在目前成熟的高光譜成像儀中，光柵分光還是最為普遍的選擇。

為了提高光柵分光系統(tǒng)的光學(xué)質(zhì)量和效率，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，在平面光柵的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了曲面光柵，包括凹面光柵和凸面光柵，特別是在發(fā)散光束中使用凸面光柵的方法，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，而且可以通過(guò)選擇光柵常數(shù)和成像系統(tǒng)的變焦來(lái)滿足空間和光譜分辨率的要求，并且可以克服準(zhǔn)直光束應(yīng)用方法中像面彎曲的問(wèn)題。凸面光柵和離軸反射系統(tǒng)在視場(chǎng)、光學(xué)效率、像質(zhì)等方面具有優(yōu)勢(shì)，另外跟凹面光柵相比，它具有更好的成像平場(chǎng)度。凸面光柵已成為光柵式成像光譜儀的首選，特別是應(yīng)用于星載高分辨率高光譜成像載荷。把光柵和棱鏡相結(jié)合，保留各自的優(yōu)點(diǎn)，就出現(xiàn)了棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu)的分光系統(tǒng)，這類(lèi)分光系統(tǒng)也在多種成像光譜儀中得到應(yīng)用。

棱鏡分光

棱鏡分光主要利用棱鏡的色散原理，單色光經(jīng)光楔折射后將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同的波長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生不同的偏轉(zhuǎn)角，從而達(dá)到分光的要求。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所有光學(xué)能量都通過(guò)棱鏡，形成唯一的光譜色散譜線，光能利用效率高；缺點(diǎn)是不同波長(zhǎng)的光線經(jīng)過(guò)棱鏡后，色散是非線性的，使得不同波長(zhǎng)波段間的空間位置和信號(hào)不均衡，且用來(lái)做長(zhǎng)波紅外色散棱鏡的材料并不多，棱鏡分光一般用于可見(jiàn)、近紅外和短波紅外波段的光譜分光。

濾光片式分光

使某些波長(zhǎng)的光高透射而另一些波長(zhǎng)的光高反射的元件稱(chēng)為濾光片。濾光片式高光譜成像儀有很多種類(lèi)，如旋轉(zhuǎn)濾光片式、劈形濾光片式、可調(diào)諧濾光片式等。旋轉(zhuǎn)濾光片式高光譜成像儀是由一組不同波長(zhǎng)的窄帶濾光片組成濾光片輪，通過(guò)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)獲得不同波長(zhǎng)的高光譜分辨率的圖像。劈形濾光片式高光譜成像儀把透過(guò)波長(zhǎng)漸變的劈形濾光片耦合在焦平面探測(cè)器的前面。它采用面陣探測(cè)器，在一次曝光時(shí)間里可以獲得一組不同波長(zhǎng)和不同位置的高光譜圖像，通過(guò)推掃可獲得整個(gè)成像光譜的數(shù)據(jù)立方體。濾光片式高光譜成像儀的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)也相對(duì)容易，但一景圖像的每一行分別對(duì)應(yīng)不同的地面目標(biāo)和不同的光譜波段，給圖像的配準(zhǔn)和數(shù)據(jù)的后處理帶來(lái)許多困難?？烧{(diào)諧濾光片式是通過(guò)某種特殊的物理材料，在電性能的控制下，使其成為不同波長(zhǎng)的窄帶濾光片，典型的有聲光可調(diào)諧器件和液晶可調(diào)諧器件。聲光可調(diào)諧濾光器（AOTF）是根據(jù)聲光衍射原理制成的新型分光器件，而液晶可調(diào)諧濾光片是利用液晶雙折射原理來(lái)形成的一個(gè)窄帶濾光片。

傅里葉變換分光

傅里葉變換分光主要利用了邁克爾遜干涉原理，從原理上可以分為時(shí)間調(diào)制（動(dòng)態(tài)）型和空間調(diào)制（靜態(tài)）型。時(shí)間調(diào)制型傅里葉分光的核心就是一臺(tái)邁克爾遜干涉型成像光譜儀，通過(guò)動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生光程差，而形成干涉圖像。記錄該干涉圖像，通過(guò)傅里葉變換反演就可以獲取目標(biāo)點(diǎn)的光譜圖像。空間調(diào)制型傅里葉高光譜成像儀又稱(chēng)靜止型傅里葉高光譜成像儀，地面上的目標(biāo)點(diǎn)發(fā)出的光束通過(guò)分束片和反射鏡，產(chǎn)生光程差，在像面上產(chǎn)生空間相干的干涉條紋，同樣記錄該干涉圖像，通過(guò)傅里葉變換反演獲取目標(biāo)的光譜圖像。